JP2015031448A - 蓄熱型熱媒体循環式空調装置及びそれに用いる蓄熱材容器 - Google Patents

Abstract

【課題】床のパイプに熱媒体を流通・循環させて空調を行う蓄熱型の熱媒体循環式空調装置において、熱媒体流通停止後の空調機能の持続性と始動後の立ち上がりの迅速化を、低コストでありながら高レベルで実現できるようにする。【解決手段】熱媒体調温手段で調温・送出された熱媒体としての水が流通・循環するパイプ１００と、パイプ１００が張り巡らされた床仕上げ材５の下側空間でパイプ１００の少なくとも一部を埋没させて配設した蓄熱材としての砂３００を備えており、調温した水を流通させながら床面を介して室温を調整するとともに、水の流通を停止した後でも砂３００と室温の温度差により空調を持続する蓄熱型で熱媒体循環式の空調装置１Ａであって、砂３００が上面を蓋１４で開閉可能な複数の蓄熱材容器１０Ａに充填されており、パイプ１００が蓄熱材容器１０Ａの上端側を各々横向きに貫通して配設されている、ことを特徴とするものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、床に張り巡らせたパイプに調温した熱媒体を流通・循環させて室内温度の調整を行う空調装置及びそれに用いる蓄熱材容器に関し、殊に、パイプを配設した空間に蓄熱材を充填したとで、熱媒体の流通を停止しても比較的長時間に亘って空調機能を持続する蓄熱型熱媒体循環式空調装置、及びその蓄熱材を収納して配設される容器に関する。

近年、ヒートポンプ式温水器で室温よりも高くした温水を、床構成材の中に張り巡らせたパイプに流通・循環させて暖房を行う熱媒体循環式の床暖房装置が普及している。このヒートポンプを使用した床暖房のうち電力で作動するものは、実施先で燃焼ガスを排出しないとともに室内の乾燥を招きにくい点で、優れた空調装置の１つとして評価されている。また、この装置は冷えやすい床面から緩やかに暖めることから、居住者の快適性の観点においても優れている。

しかし、このように熱媒体を床構成材に配置したパイプ中で流通させるだけでは熱媒体による熱を蓄えることができず、熱媒体の流通を停止させると比較的短時間で暖房機能が消失してしまうため、安価な深夜電力を利用して空調の運転コストを低減させるようなことはできない。そこで、特開平８−５１０５号公報に記載されているように、床のパイプをコンクリート中に埋設することにより、コンクリートの蓄熱作用で熱媒体の流通停止後も長時間に亘って冷暖房機能を継続させる蓄熱型の方式も提案されている。

しかしながら、このように床仕上げ材の下側空間にコンクリートを充填してパイプを埋設する場合、コンクリートが完全に乾燥するまでに約１年を要することから、その湿気でカビや腐食を生じやすくなることに加え、硬化したコンクリート塊の存在により、床構成材とパイプのメンテナンス作業の実施が困難となりやすい。

これに対し、特開２００２−５４８１８号公報には、パイプを配設した床仕上げ材の下側空間でコンクリートを充填する代わりに玉砂利を充填する方式も提案されている。このように、玉砂利を充填するだけの乾式の施工方法を採用したことで、乾燥のための期間を要さないことに加え、各種メンテナンス作業も比較的容易に行えるものとなり、且つ、玉砂利の特性でコンクリートよりも長い放熱時間を実現することができる。

しかしながら、このように蓄熱材の中にパイプを埋設させる方式にあっては、前述のコンクリートを用いたものと同様に、空調機能の立ち上がり時期が遅くなりやすいという難点がある。そこで、本願出願人・発明者らは、先に特開２０１１−１７４６５９号公報において、床仕上げ材下側空間にコンクリートや玉砂利を充填する代わりに、鉄分と気泡を含む溶岩石を石盤状に形成したものを配設し、その上面にパイプ用の溝を設けるとともに、その溝に一致する形状の凹部をプレス成形した薄板金属製の放熱板（放熱パネル）を配置して、その凹部にパイプを納めて温水を流通させる方式を提案した。

即ち、蓄熱材としての石盤の上面に金属製の放熱板を配設してその溝と凹部にパイプを納めたことで、温水で蓄熱材を加温すると同時に放熱板を介して床仕上げ材を直接的に加温できるため、暖房機能の立ち上がりが迅速なものとなり、且つ、溶岩石の特性により熱媒体の流通停止後でも比較的長い放熱時間を実現可能なものとした。

ところが、この方式においても、前述の熱媒体に玉砂利を使用する方式と同様に、熱媒体の底面と側面を介して床下空間側との間で熱交換を生じることから、熱効率及び空調機能の持続性の観点で改善の余地があり、且つ、熱媒体の調達に比較的高コストを要するため、施工コストの低廉化が達成しにくいという問題があった。

特開平８−５１０５号公報 特開２００２−５４８１８号公報 特開２０１１−１７４６５９号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、床に張り巡らしたパイプに熱媒体を流通・循環させて空調を行う蓄熱型の熱媒体循環式空調装置において、熱媒体流通停止後の空調機能の持続性と始動後の立ち上がりの迅速化を、低コストでありながら高レベルで実現できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、熱媒体調温手段で調温・送出された熱媒体が流通・循環するパイプと、このパイプが張り巡らされた床仕上げ材の下側空間で前記パイプの少なくとも一部を埋没させるように配設された蓄熱材とを備えており、室温よりも高温または低温に調整された熱媒体を流通させながら床面を介して室温を調整するとともに、熱媒体の流通を停止した後でも前記蓄熱材と室温の温度差により空調を持続するものとした蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、その蓄熱材は、上面が開閉可能な複数の蓄熱材容器に充填されており、前記パイプが前記蓄熱材容器の上端側を各々横向きに貫通して配設されている、ことを特徴とするものとした。

このように、熱媒体の流通を停止した後で空調機能を持続させるための蓄熱材を、複数の容器に充填して配置する方式を採用したことにより、施工作業の大幅な簡易化が実現して施工コストを低廉に抑えられることに加え、蓄熱材が容器内に収まることでその調温後に底面や側面を介した熱の移動が抑えられることから、最小限の蓄熱材で長時間に亘る空調機能の持続が可能なものとなり、且つ、蓄熱材を充填した容器の上端側をパイプが貫通する方式を採用したことで、床面側との間で直接的な熱の移動量が大きくなるため、装置始動後の空調機能の立ち上がりが迅速なものとなる。

また、この蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、その蓄熱材容器の上面側には、パイプが通る経路に沿ってパイプの直径と同等の深さ・幅からなる溝状の凹部が形成されてなる薄板金属製の放熱板が配置されており、その凹部にパイプが収まりながら前記放熱板の上面及びパイプの上端側が床仕上げ材の裏面に密着または近接している、ことを特徴としたものとすれば、パイプと熱交換を行った金属製の放熱板が床仕上げ材との間で直接的に熱の移動を行うため、空調機能の立ち上がりが極めて迅速なものとなる。

さらに、上述した蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、その蓄熱材容器の少なくとも底部又は底面側には、熱反射シートが配設されており、蓄熱材側と床下空間側との間の熱の移動量を低減させることを特徴としたものとすれば、熱効率に優れた空調を実現しやすいものとなる。

さらにまた、上述した蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、その蓄熱材容器の底面所定位置には、脚が下向きに突設されて前記底面が持ち上がった状態とされており、前記底面とその配設面との間に空気層が形成されている、ことを特徴としたものとすれば、蓄熱材側と床下空間側の間の熱の移動量を一層低減することができる。

加えて、上述した蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、その蓄熱材は主として砂で構成されていることを特徴としたものとすれば、調達コストが比較的低廉でありながら蓄熱機能に優れたものとなり、且つ、調湿機能にも優れたものとなる。

また加えて、上述した蓄熱型熱媒体循環式空調装置において前記蓄熱材を充填して使用される蓄熱材容器であって、その上面側が開閉可能な蓋で構成されており、前記パイプをその上端側が蓋の上面に略一致する高さで横向きに貫通させる形状とされている、ことを特徴としたものとすれば、この蓄熱材容器を用いることで上述した空調を容易に実現できるものとなる。

この場合、その蓄熱材容器の側面は各々下向きに所定角度傾斜しており、蓋を外した開口部に他の蓄熱材容器の底部側を挿入しながら縦方向に積み重ね可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、保管・運搬のためのスペースを小さく抑えることが可能になる。

蓄熱材を複数の蓄熱材容器に充填した状態で床構成材のパイプに併設する方式とした本発明によると、熱媒体流通停止後の空調機能の持続性と始動後の立ち上がりの迅速化を、低コストでありながら高レベルで実現することができる。

本発明による実施の形態である蓄熱型熱媒体循環式空調装置の部分縦断面図である。 図１の蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、蓄熱材を充填した蓄熱材容器の部分を拡大した部分拡大図である。 図２の蓄熱材容器の構成を説明するための分解斜視図である。 図３の蓄熱材容器の放熱板の配置の一例を示す平面図である。 図１の蓄熱型熱媒体循環式空調装置の床仕上げ材を外した状態の部分平面図である。 （Ａ）は図３の蓄熱材容器の応用例を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の容器を床仕上げ材の下側空間に配設した状態を示す部分縦断面図である。 図６の蓄熱材容器の内部に配置する熱反射シートの展開平面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本実施の形態である床暖房装置１Ａの部分縦断面図を示している。この床暖房装置１Ａは、蓄熱型熱媒体循環式空調装置の一種であるが、大引３、構造用合板６、根太１３，１３，・・、床仕上げ材５からなる床構成材の中で水平方向に張り巡らされたパイプ１００に図示しないヒートポンプ温水器で室温よりも高温に調整された温水を流通・循環させながら床面を介して室温を調整する、床暖房システムの一部を構成している。

斯かる床暖房装置１Ａは、熱媒体調温手段としてのヒートポンプ温水器から送出された温水が流通・循環するパイプ１００と、このパイプ１００が張り巡らされた床仕上げ材５の下方で根太１３，１３，・・の間に形成された複数の空間５０において、少なくともパイプ１００の一部を埋没させるように配設された蓄熱材としての砂３００とを備えてなるものであり、温水の流通を停止した後でも、加温された砂３００が室温との温度差がある間は熱を放出して暖房機能を持続するようになっている。

そして、本発明においては、蓄熱材として使用される砂３００が、上面を蓋１４で開閉可能とされた平面視正方形で中空ブロック状の複数の蓄熱材容器１０Ａの中に充填されており、根太１３，１３，・・の間に形成された各空間５０において、温水を流通させるパイプ１００がその蓄熱材容器１０Ａの上端側を各々横向きに貫通した状態で配置されている点を特徴としている。

このように、蓄熱材を複数の蓄熱材容器１０Ａに充填して配置する方式を採用したことで、床暖房装置１Ａの施工作業の容易化が実現するため、従来例と比べて施工コストを低廉に抑えることが可能となり、また、蓄熱材が蓄熱材容器１０Ａの中に収まったことにより、温水で加温された後でその底面及び側面を介した蓄熱材側と床下空間側との間の無駄な熱の移動が抑えられるため、蓄熱材の量を最小限としながら空調機能の持続性を確保しやすいものとなっている。

さらに、蓄熱材を充填した蓄熱材容器１０Ａの上端側をパイプ１００が水平方向に貫通する方式として蓄熱材の上部側を熱媒体が通るようにしたことで、床上方向への熱の移動量を多く確保しながら直接的に床仕上げ材５を加温することができるため、暖房の立ち上がりの迅速さを確保可能としている。これに加えて、蓄熱材容器１０Ａを配設する各空間５０の底面には、下向きの輻射熱等を反射する熱反射シート５２が配設されており、その空間５０側から床下空間側に向かう熱放射量を最小限に抑えられるようになっている。

図２は、前述した床暖房装置１Ａにおいて、蓄熱材を充填するための蓄熱材容器１０Ａの詳細を示している。この蓄熱材容器１０Ａは、平面視正方形の中空ブロック状とされた樹脂成形品であって、器状の収納体１１上部の開放部分に蓋１４が開閉可能に嵌装されてなるものであり、その蓋１４には、パイプ１００の経路に沿ってこれを蓄熱材容器１０Ａの上端側で横向きに貫通させるための溝１４１が上面から陥凹した状態で形成されている。

また、その蓋１４の上面側には、平面視で蓋１４の４分の１のサイズの方形とされて、前記溝１４１に一致する位置にてパイプ１００の直径と同等の深さ・幅に形成された溝状の凹部１６１を有してなる薄板金属製の放熱板１６ａ，１６ａ，１６ａ，１６ａが、各凹部１６１を溝１４１に挿入した状態で配置されており、各凹部１６１にパイプ１００が上から収まった状態で、図１に示したようにその上面及びパイプ１００の上端側が床仕上げ材５の裏面に密着又は近接しており、これにより始動後の暖房の立ち上がりの迅速さを確保可能としている。

さらに、この蓄熱材容器１０Ａは中空ブロック状に形成されたものであるが、その収納体１１の各側面は下向きに所定角度傾斜しており、蓋１４を外した開口部に他の収納体１１の底部側を挿入しながら縦方向に積み重ね可能とされている。そのため、収納体１１を複数段積み重ねておくことで、蓄熱材容器１０Ａの保管・運搬のためのスペースを最小限に抑えることができる。

さらにまた、この蓄熱材容器１０Ａは、底面の４隅から円柱状の脚１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが下向きに突設されており、配設した状態で底面が持ち上がって配設面との間の隙間で空気層が形成されることから、蓄熱材から下方向への熱の漏出を一層低減できるようになっている。

図３は、蓄熱材容器１０Ａ及びその上面に載せる放熱板１６ａ，１６ａ，１６ａ，１６ａの詳細な構成を説明するための分解斜視図を示している。この蓄熱材容器１０Ａの主要部を構成する収納体１１の４つの側面には、その上端側にパイプを通すためにＵ字状に切り欠いてなる切り欠き１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ，１１１ｅ，１１１ｆ，１１１ｇ，１１１ｈが形成されている。

また、この収納体１１の開口部に被せる蓋１４には、平面視で２組の平行線が井字状に直角に交わって格子状に形成された溝１４１を有しているとともに、その各角部が面取りされており、その外縁側の８箇所で前述した収納体１１の切り欠き１１１ａ，・・，１１１ｈに、溝１４１の突出部が上から嵌まるようになっている。

一方、蓋１４の上面に配置する４枚の放熱板１６ａは、平面視正方形で蓋１４の４分の１のサイズとされ、その中央部分を渡して形成した凹部１６１が、蓋１４の溝１４１内に各々収まるようになっており、図示しないパイプ１００がこの凹部１６１を通りながら、蓄熱材容器１０Ａの上端側及びこれに充填された砂３００の上端側部分を、各々横向きに貫通した状態で配置される。尚、放熱板１６ａの凹部１６１は、その外面が蓋１４の溝１４１内面に対して密着する部分と隙間を形成する部分がほぼ半々になる形状とされて、パイプ１００からの熱伝導において床仕上げ材５側と蓋１４・蓄熱材側との間で時間差を生じるものとされ、短時間で床面温度を上昇させた後に蓄熱材への蓄熱が行われるようになっている。また、この放熱板１６ａの素材としては、従来例に見られる薄板銅板のほか、比較的低廉な亜鉛メッキ薄板鉄板を使用することもできる。

さらに、本実施の形態では、Ｉ字状の溝を形成している凹部１６１を有した放熱板１６ａのほかに、図４の平面図に示すように直角に屈曲したＬ字状の凹部１６２が格子状の溝１４１内に収まるように形成された放熱板１６ｂも用意されており、Ｉ字状とＬ字状の２種類の放熱板１６ａ，１６ｂを組み合わせながら蓋１４の上面に配置可能とされている。これにより、図のように放熱板１６ａを４枚載せた蓄熱材容器１０Ａの隣に、放熱板１６ａを２枚、放熱板１６ｂを２枚載せた蓄熱材容器１０Ａを並べることで、パイプ１００の屈曲部にも容易に対応することができる。

即ち、図１の空調装置１Ａの床仕上げ材５を外した状態の平面図である図５に示すように、同じ形状からなる複数の蓄熱材容器１０Ａの上面に載せる放熱板１６ａ，１６ｂの組み合わせを調整するだけで、様々な配置形状のパイプ１００に対して容易に対応することができ、最小限の施工の手間にて温度ムラの少ない優れた床暖房を実現できるものである。

また、図５のように床仕上げ材５を外せば、パイプ１００のメンテナンスを容易に実施することができ、且つ、蓄熱材容器１０Ａも置いてあるだけで固定されていないため、その入れ替えや床構成材のメンテナンスも容易に実施することができる。尚、上述した床暖房装置１Ａに組み合わせるヒートポンプ温水器は、室温センサによる検出温度データを基に、流通させる水の温度を自動制御するものが一般的であるが、パイプ１００の基端側と末端側の温水の温度差が所定範囲内（例えば３℃）以内となるように、水量を自動調整する機能を有しているものがムラの少ない床暖房を実現する観点で好ましい。

図６（Ａ）は、図２の蓄熱材容器１０Ａの変形例としての蓄熱材容器１０Ｂを示しており、（Ｂ）はその蓄熱材容器１０Ｂに砂３００を充填した状態で床仕上げ材５の下側の空間５０に配置した場合の縦断面図を示している。この応用例は、上述した蓄熱材容器１０Ａと放熱板１６ａ，１６ｂの組み合わせを簡易化したものであるが、その蓄熱材容器１０Ｂの収納体１２は上述した収納体１１とほぼ同様であるものの、その脚が硬質円柱状のものからゴム等の弾性体による弾性変形可能な半球状の脚１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄに変更されている。

また、上面から陥凹した凹部１４１を有する蓋１４の代わりに、平坦な上面の下方をパイプ１００が通るように周壁に切り欠き１５１ａ，・・，１５１ｈを設けた蓋１５が、収納体１２の開口部を開閉可能な状態で嵌装される構成となっており、且つ、収納体１２の底面及び側面に密着するように熱反射シート５５が内装されている点を特徴としている。

その熱反射シート５５は、図７の展開図に示すように、側面を形成する部分の上端側にパイプ１００を通すためのスリット５５１，・・，５５８が形成されており、図６（Ｂ）に示すように蓄熱材としての砂３００を充填した状態で、パイプ１００が通る部分はスリット５５１，・・，５５８の部分でこれを通しながら、その他の部分は閉鎖状態を維持して砂３００が外部に漏出しにくくなっている。

したがって、図６（Ｂ）に示すように、図１におけるような構造用合板６の上面に配置する熱反射シート５２を省くことができ、また、収納体１２に熱反射シート５５と砂３００を充填した状態で、向きの調整を要することなくそのまま配設することができ、その後、パイプ１００を配設して蓋１５を被せるたけで施工が完了するため、施工の手間・コストを大幅に抑えることが可能なものとなっている。

また、弾性変形する脚１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄの存在により、床仕上げ材５の下側に形成される空間５０の深さ精度が高いものでなくても、蓄熱材容器１０Ｂの上面を床仕上げ材５の裏面に対して容易に密着または近接させることが可能となる。尚、熱反射シート５５としては、発泡樹脂シートの表裏量面をアルミ等の金属薄膜で挟むとともにその表面に防蝕コートを施したものが、保温性・耐久性の観点で好ましい。

さらに、蓄熱材容器１０Ｂを配設した状態で、蓋１５の上面と床仕上げ材５裏面の距離が６ｍｍ未満になるようにすることが、輻射熱による暖房の効率化の観点で好ましい。加えて、蓋１５の素材としては、熱伝導率と放射率の高い酸化金属等による薄板を使用すれば暖房の立ち上がり性能に優れたものとなり、熱伝導が遅効性で放射率の高くない樹脂成形品等を使用すれば、温水の流通停止後の暖房の持続性能に優れたものとなる。

尚、上述した実施の形態においては、蓄熱材として砂を用いた場合を説明したものであるが、その施工方法が乾式であるために比較的安価な海砂を使用することもできる。また、本発明に用いる蓄熱材はこれに限定されるものではなく、例えば玉砂利、砂と砂利のミックス、溶岩を砂利状に粉砕したもの、或いは蓄熱ゲル等を用いることができ、蓄熱性の高いものを用いることで空調機能の持続性に一層優れたものとなる。

また、本発明による空調は暖房に限らず冷房にも適用可能であり、室温よりも低い温度の冷水をパイプに通して床冷房を行いながら蓄熱材を冷却し、冷水の流通を停止した後でも蓄熱材との温度差で床冷房を継続させることができる。

以上、述べたように、床に張り巡らしたパイプに熱媒体を流通させて空調を行う空調装置において、本発明により熱媒体流通停止後の空調機能の持続性と空調機能の立ち上がりの迅速化を、低コストでありながら高レベルで実現できるようになった。

１Ａ 空調装置、５ 床仕上げ材、７ 根太、１０Ａ，１０Ｂ 蓄熱材容器、１１，１２ 収納体、１４，１５ 蓋、１６ａ，１６ｂ 放熱板、５０ 空間、５２，５５ 熱反射シート、１００ パイプ、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ 脚、１４１ 溝、１６１，１６２ 凹部、３００ 砂

Claims (7)

1. 熱媒体調温手段で調温・送出された熱媒体が流通・循環するパイプと、該パイプが張り巡らされた床仕上げ材の下側空間で前記パイプの少なくとも一部を埋没させるように配設された蓄熱材とを備えており、室温よりも高温または低温に調整された前記熱媒体を流通させながら床面を介して室温を調整するとともに、前記熱媒体の流通を停止した後でも前記蓄熱材と室温の温度差により空調を持続するものとした蓄熱型熱媒体循環式空調装置において、前記蓄熱材は、上面が開閉可能な複数の蓄熱材容器に充填されており、前記パイプが前記蓄熱材容器の上端側を各々横向きに貫通して配設されている、ことを特徴とする蓄熱型熱媒体循環式空調装置。
2. 前記蓄熱材容器の上面側には、前記パイプが通る経路に沿って前記パイプの直径と同等の深さ・幅からなる溝状の凹部が形成されてなる薄板金属製の放熱板が配置されており、前記凹部に前記パイプが収まりながら前記放熱板の上面及び前記パイプの上端側が前記床仕上げ材の裏面に密着または近接している、ことを特徴とする請求項１に記載した蓄熱型熱媒体循環式空調装置。
3. 前記蓄熱材容器の少なくとも底部又は底面側には、熱反射シートが配設されており、前記蓄熱材側と床下空間側との間の熱の移動量を低減させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載した蓄熱型熱媒体循環式空調装置。
4. 前記蓄熱材容器の底面所定位置には、脚が下向きに突設されて前記底面が持ち上がった状態とされており、前記底面とその配設面との間に空気層が形成されている、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載した蓄熱型熱媒体循環式空調装置。
5. 前記蓄熱材は主として砂で構成されている、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載した蓄熱型熱媒体循環式空調装置。
6. 請求項１，２，３，４又は５に記載した蓄熱型熱媒体循環式空調装置において前記蓄熱材を充填して使用される蓄熱材容器であって、その上面側が開閉可能な蓋で構成されており、前記パイプをその上端側が前記蓋の上面に略一致する高さで横向きに貫通させる形状とされている、ことを特徴とする蓄熱材容器。
7. 側面が各々下向きに所定角度傾斜しており、前記蓋を外した開口部に他の前記蓄熱材容器の底部側を挿入しながら縦方向に積み重ね可能とされている、ことを特徴とする請求項６に記載した蓄熱材容器。
   

Images